一种高温瓷釉 |
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| 申请号 | CN201510100247.5 | 申请日 | 2015-03-08 | 公开(公告)号 | CN104743880B | 公开(公告)日 | 2018-04-27 |
| 申请人 | 李宏亮; | 发明人 | 李宏亮; | ||||
| 摘要 | 一种高温瓷釉，由基料和强化颗粒组成，基料由高熔点物质组成，例如 二 氧 化 硅 、二氧化锆、三氧化二 铝 、 氧化 钙 等，该瓷釉用在搪瓷 钢 表面，结合性能好，耐高温 腐蚀 性好，无剥离物生成，可广泛用于各种苛刻的高温环境，例如 飞行器 热交换器 ， 涡轮 发动机 等领域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种高温瓷釉，由基料和强化颗粒组成， |
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| 说明书全文 | 一种高温瓷釉技术领域背景技术[0002] 鳞爆现象是导致搪瓷钢废品率高的重要原因，抗鳞爆性能是衡量搪瓷钢搪瓷性能的重要指标。导致搪瓷制品产生鳞爆的因素很多，但是搪瓷钢板本身的质量会产生很大的影响。为了提高钢板的抗鳞爆性能，改善钢板内部组织和提高钢板的质量是非常重要的。要防止鳞爆，钢中必须含有足量的夹杂物、空穴或者析出物。夹杂物有利于提高抗鳞爆性能，原因在于在夹杂物周围存在微小空洞，这些微小空洞起着捕捉氢的作用，成为氢陷阱。但是夹杂物会损害钢板的成形性能和力学性能，不同类型的夹杂物以及不同尺寸分布的夹杂物的影响也不尽相同，因此，对于夹杂物的特性要有所选择。 [0003] 针对上述问题，申请人进行一系列研究从而开发出多种新钢种，然而，钢种并不能直接应用于实际产品中，而是需要进一步在其表面施以瓷釉才能在实际中使用。在不同的搪瓷产品中，对搪瓷钢的性能侧重点各有不同，如搪瓷钢中包括耐高温搪瓷、绝缘搪瓷、耐磨搪瓷等品种。本申请通过在板材表面喷涂耐高温瓷釉，使板材具备耐高温性能，从而解决现有技术搪瓷钢耐高温性能不足的问题，得到的产品可广泛用于燃汽机系统、飞行器热交换装置、飞机热交换器、涡轮机组件等高温领域。发明内容 [0005] 本申请提供了一种双面搪瓷用钢热轧板材，其特征在于，所述板材化学成分为，按重量百分比，C：0.02-0.05%，N：0.012-0.015%，S：0.01-0.05%，P：≤0.05%，Si：≤0.04%，W≤0.025%，Mn：0.05-1.5%，Al：0.01-0.05%，Ti：0.01-0.025%，余量为Fe和不可避免的杂质。 [0006] 通过在生产过程中对板材中W含量的精确控制，并且使其含量与其余元素之间的关系可获得板材的最优性能，其中关系式可用下式示出：W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti。而由于实际生产过程中各元素含量的测量不可避免地存在误差，因此上式的误差范围控制在±1%以内是允许的，本领域技术人员可以明了误差存在的合理性。而对于上述运算式的理论角度来说，可以推测是元素W和各元素之间的比例能够达到其作为捕集氢的位点的空隙，从而使其具有高捕氢能力的状态，从而易于与氢发生反应并将其吸收。上式所列的方案为本申请热轧钢板的最优选技术方案。 [0007] 通过常规的测试方法，可以得到上述板材的力学性能具有下列特征：屈服极限为100-480MPa，抗拉强度为200-500MPa，延伸率为20-45%，杯突深度大于等于5mm。 [0008] 本申请还提供了一种用于双面搪瓷用钢热轧板材及其制备工艺，包括以下步骤：1）热轧：按要求热轧坯料；2）轧后快速冷却，卷取，制得板材。 [0010] 在实际生产中，可以采用常规的连轧工艺，然而，为了减少热轧时所带来的开裂问题，当热轧采用分段连续轧制时，可大幅减少热轧时开裂的危害，且最终所得到板材的组织性能也较佳。在实际生产中，可进一步地将分段轧制过程中相邻轧制工艺的轧制温度差控制在50-200℃范围以内。 [0011] 另外，针对本申请所涉及的双面搪瓷钢，申请人摸索出特别适合于该钢种的分段轧制工艺参数，具体如下：第一阶段热轧温度为1300±50℃，压下量为25-35%；第二阶段热轧温度为1200±50℃，压下量为15-25%；第三阶段热轧温度为1100±30℃，压下量为10-20%，第四阶段热轧温度为1000±10℃，压下量为5-15%；第五阶段热轧温度为900±10℃，压下量为1-8%，累计压下量控制在50-90%区间范围以内。另外，上述每一阶段的板材压下量均是以原始坯料板材厚度作为基础计算。 [0012] 最优选的分段轧制工艺参数为：第一阶段热轧温度为1330℃，压下量为30%；第二阶段热轧温度为1200℃，压下量为15%；第三阶段热轧温度为1110℃，压下量为12%，第四阶段热轧温度为990℃，压下量为5%；第五阶段热轧温度为900℃，压下量为3%，累计压下量为65%。上述每一阶段的板材压下量均是以原始坯料板材厚度作为基础计算。 [0013] 另外，对于轧后冷却的方法可采用快速冷却，例如层流冷却，冷却速度为25-40℃/s，卷取温度为600-650℃，最终板材厚度为15-25mm。 [0014] 本申请还提供一种用于上述搪瓷钢表面的瓷釉，其由基料和强化颗粒组成。其中基料采为高熔点物质代替常规技术中的低溶点物质以提高成品釉层的高温稳定性。 [0016] 进一步地，所述强化颗粒包括刚玉。 [0017] 优选基料由二氧化硅50-70wt%、二氧化锆10-20wt%、三氧化二铝5-10wt%、氧化钙5-10wt%、氧化镍1-5wt%、二氧化钛1-5wt%组成，并且上述各成份质量份数之和为100wt%，所述强化颗粒为刚玉，强化颗粒用量为基料重量份的10-20wt%。 [0018] 优选基料成份由二氧化硅60-70wt%、二氧化锆15-20wt%、三氧化二铝5-7wt%、氧化钙8-10wt%、氧化镍1-2wt%、二氧化钛1-2wt%组成，上述各成份质量份数之和为100wt%。 [0019] 优选强化颗粒为刚玉，并且强化颗粒用量为基料重量份的15-20wt%。 [0020] 优选刚玉为纳米颗粒，颗粒尺寸范围不超过1μm，优选在50-200nm之间。 [0021] 本申请还提供一种瓷釉的制备方法，具体过程如下：1)按要求的配比进行配料，然后进行熔料。熔炼工艺为匀速加热，升温速度为10-50℃/分，升温至1500-1700℃时，优选1550℃，然后保温1-2小时，冷水淬得到瓷釉基料；2)将得到的瓷釉基料球磨得到微粉，然后与刚玉微粉混合，以乙醇为分散剂，搅拌得悬浮液；3)使用中高压喷涂工艺将所得悬浮液喷于板材表面，得到胚料，烘干后经900-1050℃烧结10-40小时，自然冷却得成品。 [0022] 通过上述方法在上文所述钢板表面喷涂得到的钢板经900℃热侵蚀实验基体无明显腐蚀产物生成，没有剥离物产生，瓷釉与板材的结合性良好，通过高温熔融盐热腐蚀测试2 试样无失重，样品增重在0.20-0.25mg/cm之间。 [0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）制备的钢板可有效防止鳞爆缺陷，双面搪瓷过程中钢板双侧搪瓷粘附性高，适用高温搪瓷，未见鳞爆现象出现；（2）Ti用量下降，有效防止传统双面搪瓷钢中Ti/C/N第二相在表面的过量积累所形成的黑点、脱瓷缺陷，同时有利于降低熔炼成本；（3）抗压强度明显提高，对双面搪瓷钢在高称重结构件中的应用有显著提升；（4）分段连续轧制有效避免传统连续轧制过程中钢板变形随机影响因素造成的板面缺陷，有效提升钢板品质；（5）喷涂瓷釉的钢板具有良好的表面特性，结构致密，无明显微观缺陷；(6)瓷釉所使用的基料全部由高熔点物质组成，从而提高了搪瓷层的高温稳定性，从而使釉层在高温热腐蚀环境下可以对板材发挥良好的保护作用；(7)釉层制备工艺简单，使用寿命长，具有良好的应用前景。 具体实施方式[0025] （1）实施例1-6：按表1所示的成分表进行坯料配比，然而进行热轧、冷却处理从而得到板材。 [0026] 其中热轧的具体步骤为：第一阶段热轧温度为1300±50℃，压下量为25-35%；第二阶段热轧温度为1200±50℃，压下量为15-25%；第三阶段热轧温度为1100±30℃，压下量为10-20%，第四阶段热轧温度为1000±10℃，压下量为5-15%；第五阶段热轧温度为900±10℃，压下量为1-8%，累计压下量控制在50-90%区间范围以内。轧后快速冷却，冷却速度为25- 40℃/s，卷取温度为600-650℃，最终板材厚度为15-25mm。 [0027] 特别指出的是，实施例1、实施例2、实施例4为最优实施方式，对C含量在0.02-0.05%范围内的列举式的4种C的含量值0.02%、0.03%、0.05%进行炼制，并且对W的含量进行精确控制，以W=(C+0.98N+0.5S)/2-Ti为准，精度控制在±1%。实施例5-6中，在实施例1的基础上，对元素的含量进行调整，以考察其对钢的性能的影响。 [0028] 表1实施例1-6中双面搪瓷用钢热轧板材成分表（单位：wt%）。 [0029]实施例 C N S P Si W Mn Al Ti 1 0.05 0.015 0.05 0.05 0.04 0.02 1.5 0.05 0.025 2 0.02 0.015 0.04 0.02 0.04 0.0074 1.5 0.04 0.02 3 0.04 0.012 0.05 0.02 0.03 0.013 1.0 0.04 0.025 4 0.03 0.015 0.05 0.02 0.02 0.025 0.05 0.01 0.01 5 0.05 0.015 0.05 0.05 0.01 0.015 1.5 0.05 0.025 6 0.05 0.015 0.05 0.05 0.04 0.024 1.5 0.05 0.025 [0030] （2）对比例7-9：作为对比，列举对比例7-9，按如下钢的成分进行冶炼。 [0031] 表2对比例7-9中双面搪瓷用钢热轧板材成分表（单位：wt%）。 [0032]对比例 C N S P Si W Mn Al Ti 7 0.05 0.015 0.05 0.05 0.04 — 1.5 0.05 0.05 8 0.02 0.015 0.04 0.02 0.04 — 1.5 0.04 0.04 9 0.04 0.012 0.05 0.02 0.03 — 1 0.04 0.05 [0033] 将上述配比冶炼完成的钢水经脱气处理进行模铸，形成厚度为约100mm的坯料，热轧，具体为：采用现有技术中的连续轧制工艺，热轧开轧温度为1100-1300℃，终轧温度为800-950℃，累计压下率为85%。 [0034] （3）钢板性能测定：对实施例1-6和对比例7-9所制备的板材随机取样（100mm×100mm），对应编号为试样1-9组，每组试样50件，按标准进行屈服极限、抗拉强度、延伸率、杯突深度和搪瓷合格率的检测，其中搪瓷合格率以双面施釉，搪瓷成品件200℃放置5h，检测试样两侧表面是否有鳞爆产生。 [0035] 表3试样1-9主要性能参数及搪瓷合格率。 [0036]试样 屈服极限/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/% 杯突深度/mm 搪瓷合格率/% 1 475 450 25 7 ≥98 2 330 300 43 10 ≥97 3 400 365 32 8 ≥96 4 360 340 38 8.5 ≥97 5 465 434 24 6.6 ≥95 6 460 416 25 6.9 ≥95 7 325 230 21 5≤ 90 ~ 8 190 206 26 8 90 ~ 9 245 217 19 5≤ 80 ~ [0037] （4）对实施例1-6的钢板表面施以瓷釉，操作步骤如下。 [0038] 1．按要求进行配料，其中二氧化硅60-70wt%、二氧化锆15-20wt%、三氧化二铝5-7wt%、氧化钙8-10wt%、氧化镍1-2wt%、二氧化钛1-2wt%，且上述各成份质量份数之和为 100wt%。熔炼工艺为匀速加热，升温速度为10-50℃，升温到期至1500-1700℃保温1-2小时冷水淬得到瓷釉基料。 [0039] 2．将得到的瓷釉基料球磨得到微粉，然后与粒径范围50-200nm的刚玉微粉混合，以乙醇为分散剂，搅拌得悬浮液。 [0040] 3．使用中高压喷涂工艺将所得悬浮液喷于板材表面，得到胚料，然后经900-1050℃烧结10-40小时，自然冷却得成品。 [0041] 对所得施釉搪瓷钢进行900℃高温熔融盐腐蚀测试（75wt%Na2SO4+25% NaCl），热腐蚀时间分别为30小时、50小时和100小时，然后对实验样品进行失重测试，所有样品表面涂层均无脱落现象，且三组实验结果的腐蚀增重分别为0.25mg/cm-2，0.22 mg/cm-2，0.23 mg/-2cm 。而本领域技术人员知晓一般合金或普通搪瓷层经高温腐蚀后会产生失重现象，且表面会出现肉眼可见的表层脱落现象，因此并未对上述对比例7-9进行对比实验，本领域技术人员可根据常规实验理论对上述实验结果推测和预料得到。 |
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